第 4 章システム構成要素

止まらないシステムを設計する。この章では次の 12 個の知識点を、解説・インタラクティブ教材・練習問題で学びます。

第 4 章系统构成：设计不会停下来的系统

システムの利用形態と処理形態

利用形態：データをためてまとめて処理するバッチ処理と、発生するたびにすぐ処理するリアルタイム処理。処理形態：1 台がすべてを処理する集中処理と、複数台で分担する分散処理（現在の主流）。

系统的利用形态与处理形态：利用形态：攒起来一次处理的批处理，与随时处理的实时处理。处理形态：一台处理全部的集中处理，与多台分担的分布式处理（现在的主流）。

クライアントサーバシステムとシンクライアント

サービスを要求するクライアントと、提供するサーバで処理を分担するのがクライアントサーバシステム。機能をプレゼンテーション層（見た目）・アプリケーション層（機能）・データベース層（データ）に分け、アプリケーション層をサーバ側に置くのが3層クライアントサーバシステム。シンクライアントは端末を最小限にし、処理とデータをサーバ側に置く（VDI／DaaS）。

客户端/服务器系统与瘦客户端：请求服务的客户端与提供服务的服务器分工处理。把功能分为表示层、应用层、数据层，应用层放在服务器侧的就是三层结构。瘦客户端把终端功能降到最低，处理和数据都在服务器上（VDI 自家服务器 / DaaS 云）。

システムの二重化

止められないシステムは 2 組用意して信頼性を高める。デュアルシステムは 2 組が同じ処理を同時に行い結果を照合、片方が壊れたら残りで続ける（縮退運転）。デュプレックスシステムは現用系＋待機系で、故障時に切り替える。待機系を起動したまま待たせるのがホットスタンバイ、電源オフ等で待たせるのがコールドスタンバイ（切替えに時間がかかる）。

系统的双重化：双重系统：两套同时做同样的处理并比对，一套坏了另一套继续（降级运行）。双工系统：主用 + 备用，故障时切换；备用机开机待命是热备，关机待命是冷备（切换慢）。

バックアップ方式

フルバックアップ＝毎回すべて。差分バックアップ＝最初のフル以降の変更分。増分バックアップ＝直前のバックアップ以降の変更分。バックアップ時間はフル＞差分＞増分、復元時間は逆にフル＜差分＜増分。復元に必要なのは、フル：最新 1 つ、差分：フル＋最新の差分、増分：フル＋その後の増分すべて。

备份方式：完全备份每次全部；差分备份是上次完全备份后的变更；增量备份是上一次备份后的变更。备份时间：完全 > 差分 > 增量；恢复时间相反。恢复所需：完全只要最新一份；差分要完全 + 最新差分；增量要完全 + 之后全部增量。

バスタブ曲線

装置の故障率と時間の関係を表すバスタブ曲線。初期故障期（設計・製造の不良で故障率が高く、だんだん下がる）→ 偶発故障期（低く安定、偶然の故障）→ 摩耗故障期（摩耗・劣化で再び上がる）。形が浴槽（バスタブ）に似ている。

浴盆曲线：浴盆曲线表示故障率随时间的变化：早期故障期（设计制造缺陷，故障率高并逐渐下降）→ 偶发故障期（低而稳定）→ 磨损故障期（老化，故障率再次上升）。

性能評価とベンチマーク

性能の指標：スループット（単位時間あたりの仕事量）、ターンアラウンドタイム（処理を依頼してから結果の出力が終わるまで。主にバッチ処理）、レスポンスタイム（依頼し終えてから最初の応答が返るまで。主にオンライン処理）。標準プログラムで性能を測って比べるのがベンチマークテスト：SPEC（CPU。SPECint 整数・SPECfp 浮動小数点）、TPC（トランザクション処理）、3DMark（3D 描画）。

性能评价与基准测试：指标：吞吐量（单位时间工作量）、周转时间（从提交到输出全部结束，多用于批处理）、响应时间（从请求到开始响应，多用于在线处理）。基准测试：SPEC 测 CPU，TPC 测事务处理，3DMark 测 3D 图形。

RASIS

システムの良さを評価する 5 つの観点 RASIS：R 信頼性（故障しにくい・MTBF）、A 可用性（いつでも使える・稼働率）、S 保守性（早く直せる・MTTR）、I 保全性（データが正しく保たれる）、S 安全性（セキュリティ）。

RASIS（系统评价五要素）：评价系统的五个角度 RASIS：可靠性（不易坏，MTBF）、可用性（随时可用，可用率）、可维护性（修得快，MTTR）、完整性（数据正确）、安全性。

MTBF・MTTR と稼働率

MTBF（平均故障間隔）＝稼働時間の合計 ÷ 故障回数。MTTR（平均修理時間）＝修理時間の合計 ÷ 故障回数。稼働率＝ $\dfrac{\text{MTBF}}{\text{MTBF}+\text{MTTR}}$ 。MTBF が長いほど、MTTR が短いほど稼働率は上がる。

MTBF、MTTR 与可用率：MTBF = 运行时间合计 ÷ 故障次数；MTTR = 修理时间合计 ÷ 故障次数；可用率 = MTBF ÷ (MTBF + MTTR)。MTBF 越长、MTTR 越短，可用率越高。

直列・並列システムの稼働率

直列システムは全部が動いて初めて動く → 稼働率は掛け算 $A \times B$ 。並列システムはどれか 1 つ動けばよい → 「全部止まる確率」を 1 から引いて $1-(1-A)(1-B)$ 。複雑な構成は、内側のかたまりから順に 1 つの装置とみなして計算する。

串联、并联系统的可用率：串联：全部运行才运行 → 相乘 A×B。并联：只要一个运行即可 → 1 − (1−A)(1−B)。复杂结构从内层开始逐步合并成一个装置计算。

信頼性設計

信頼性を高める 2 つの考え方：そもそも故障させないフォールトアボイダンスと、故障しても大丈夫にするフォールトトレランス（構成を冗長化する）。故障・ミスへの備え方：フェールセーフ（安全側に止める）・フェールソフト（機能を落としても動かし続ける）・フールプルーフ（人の誤操作を防ぐ）。障害の影響を外に出さないフォールトマスキングも。

可靠性设计：提高可靠性的两个思路：避错（不让故障发生）与容错（冗余化，出故障也没关系）。失效安全（安全地停下）、失效弱化（降级继续运行）、防呆（防止人为误操作）、故障屏蔽（不让故障影响外部）。

IaC（Infrastructure as Code）

IaCは、サーバやネットワークなど IT インフラの構成・設定をコード（設定ファイル）で記述し、そのコードから自動で構築・管理する考え方。手作業の設定ミスを減らし、同じ環境を何度でも再現でき、変更履歴も残せる。DX 推進の手段として注目されている。

基础设施即代码：IaC 用代码（配置文件）描述服务器、网络等基础设施的构成与设置，并据此自动构建和管理。可减少手工失误、随时复现同一环境、保留变更记录。

エッジコンピューティング

エッジコンピューティングは、利用者や IoT 機器（センサなど）の近く（ネットワークの端＝エッジ）に置いたサーバでデータを一次処理する方式。遠くのクラウドまで全データを送らずに済むので、通信の遅延が減りリアルタイム性が高まる。通信量の削減にもなる。

边缘计算：边缘计算在靠近用户或 IoT 设备（网络边缘）的服务器上先处理数据。不必把所有数据送到远处的云，因此延迟小、实时性高，也能减少通信量。

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